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鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 化学反应的方向多媒体教学ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 化学反应的方向多媒体教学ppt课件，共36页。PPT课件主要包含了内容索引，知识铺垫，必备知识，自我检测，问题探究，归纳拓展，应用体验，答案②，答案A等内容，欢迎下载使用。
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关,能从焓变和熵变的角度认识反应的方向,从而形成证据推理与模型认知的学科核心素养。
为什么Na2CO3和Ca(OH)2在溶液中能发生离子反应?提示Na2CO3电离出的C 与Ca(OH)2电离出的Ca2+结合生成CaCO3沉淀,使溶液中的离子浓度减小。
一、反应焓变与反应方向1.自发过程(1)定义:在温度和压强一定的条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程。(2)特点:具有方向性,即过程的某个方向在一定条件下是自发的,而其逆方向在该条件下肯定不自发。
2.反应焓变与反应方向的关系(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。(2)有不少吸热反应也能自发进行。结论:反应能否自发进行与反应焓变有关,但反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
用焓变(能量变化)判断反应进行的方向称为焓判据(能量判据)
二、反应熵变与反应方向1.熵(1)定义:描述体系无序程度的物理量,其符号为S,单位为J·ml-1·K-1。(2)特点:体系无序程度越大,体系的熵值就越大。(3)熵值比较:①同一物质:S(g)>S(l)>S(s)。②相同条件下的不同物质具有不同的熵值,分子结构越复杂,熵值越大。③S(混合物)>S(纯净物)。
2.熵变(1)定义:反应产物的总熵与反应物的总熵之差。(2)计算式:ΔS=∑S(反应产物)-∑S(反应物)。(3)正负判断依据。①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程,熵变为正值,是熵增加的过程。②产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值,是熵增加的反应。③气体的物质的量减小的反应,熵变通常都是负值,是熵减小的反应。
3.熵变与反应方向(1)熵增加有利于反应的自发进行。(2)有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。(3)反应能否自发进行与反应熵变有关,但不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。【微思考】气体的扩散是熵增反应吗?提示气体的扩散是熵增过程,不是熵增反应。
用熵变判断反应进行的方向称为熵判据
三、用焓变与熵变综合判断反应方向1.反应方向的判据
2.一般规律(1)放热的熵增加反应一定能正向自发进行。(2)吸热的熵减小反应一定不能正向自发进行。(3)当焓变和熵变相差较大时,可能某一个因素占主导地位。
3.几个反应的焓变、熵变以及自发进行的可能性(假定反应的焓变、熵变不随温度变化而变化)
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)放热反应一定能自发进行,吸热反应一定不能自发进行。( )(2)熵增反应一定能自发进行,熵减反应一定不能自发进行。( )(3)能够自发进行的反应一定容易发生,也一定能反应完全。( )(4)对于ΔS>0的反应,若在任何温度下均能自发进行,则该反应ΔH>0。( )(5)TATP(C9H18O6)受撞击分解爆炸,且无明显热效应,说明该分解反应的熵显著增加。( )
(6)反应NH3(g)+HCl(g) ==NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0。( )
自然界中的水总是从高处流向低处;室温下,冰块会自动融化,这些都是自发的过程。那么,用什么来判断一个化学反应能否自发进行呢?提示利用化学反应的焓变和熵变综合判断反应能否自发进行。
判断化学反应进行方向的两种方法(1)利用化学反应原理判断的几种方法。①相对强酸(碱)可制备相对弱酸(碱)。②强氧化性与强还原性的物质反应可生成弱氧化性与弱还原性的物质。③稳定性弱的物质可生成稳定性强的物质。④满足复分解反应条件的溶液中的反应。
(2)用焓变和熵变综合判断反应的方向。判断一定温度、压强条件下反应的方向时,应同时考虑焓变与熵变两个因素,用ΔH-TΔS作为判据。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。若ΔH-TΔS=0,表明反应已达到平衡状态,若ΔH-TΔS>0,表明反应正向不能自发进行。【微点拨】对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的物质的量的多少。
【典例1】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是 (填序号)。
①2NaCl 2Na+Cl2↑ ②2KClO3(s) ==2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJ·ml-1③CaCO3(s) ==CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2 kJ·ml-1④4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ==4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJ·ml-1
解析①反应需要通电才能进行,故该反应不是任意温度下都能自发进行;②ΔH<0,ΔS>0,任意温度下都有ΔH-TΔS<0,故该反应任意温度下都能自发进行;③ΔH>0,ΔS>0,在高温下(T> ),ΔH-TΔS<0时反应能自发进行;④ΔH<0,ΔS<0,在低温下(T< ),ΔH-TΔS<0时反应能自发进行。
变式训练1下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )A.2CO(g) ==2C(s,石墨)+O2(g) ΔH=+221 kJ·ml-1B.2Ag(s)+Cl2(g) ==2AgCl(s) ΔH=-254 kJ·ml-1C.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) ==H2O(l)+CO2(g)+CH3COONH4(aq) ΔH=+37.3 kJ·ml-1D.2H2O2(aq) ==2H2O(l)+O2(g) ΔH=-189.3 kJ·ml-1
答案D解析反应的ΔH>0,ΔS<0,ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行,故A错误;反应的ΔH<0,ΔS<0,高温下不能自发进行,故B错误;反应的ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,故C错误;反应的ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行,故D正确。
合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1,ΔS=-198.2 J·ml-1·K-1。请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行?
提示能。ΔH-TΔS=-92.2 kJ·ml-1-298 K×(-198.2)×10-3 kJ·ml-1·K-1=-33.136 4 kJ·ml-1<0,反应在298 K时可以自发向正反应方向进行。
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
【微点拨】(1)当焓变和熵变的作用相反且二者相差较大时,其中的某一因素占主导地位。(2)当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大时,温度对反应方向起决定作用。例如,有些反应常温下不能自发进行,在高温下能自发进行;有些反应高温下不能自发进行,在低温下能自发进行。
【典例2】已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应:①CH4(g) ==C(s)+2H2(g),②2CH4(g) ==C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·ml-1,ΔS(298 K)=+80.674 J· ml-1·K-1反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·ml-1,ΔS(298 K)=+220.211 J· ml-1·K-1已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答如下问题:
(1)判断反应②高温自发还是低温自发: (填“高温”或“低温”)。 (2)通过计算判断反应①在常温下能否自发进行: 。 (3)求算制取炭黑的允许温度范围: 。 (4)为了提高甲烷的炭化程度,你认为下面四个温度中最合适的是 (填字母)。 A.905.2 K B.927 KC.1 273 K D.2 000 K
答案(1)高温 (2)不能自发进行 (3)927.8 K
(3)甲烷裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·ml-1-80.674×10-3 kJ·ml-1·K-1×T<0,得T>927.8 K。甲烷裂解为乙炔和氢气时,ΔH-TΔS=376.426 kJ·ml-1-220.211×10-3 kJ· ml-1·K-1×T<0,解得T>1 709.4 K。所以要制取炭黑,温度须控制为927.8 K
解析 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。因此,在0 ℃、100 kPa条件下,白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡→灰锡的ΔH-TΔS的问题,根据题意ΔH-TΔS=-2 180.9 J· ml-1-273 K×(-6.61 J·ml-1·K-1)=-376.37 J·ml-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
1.以下说法正确的是( )A.ΔH<0的反应均是自发反应B.ΔS为负值的反应均不能自发进行C.冰在室温下自动融化成水,是熵增加的过程D.高锰酸钾受热分解是一个熵减小的过程答案C解析A项,ΔH<0(放热)的反应有的是非自发反应;B项,ΔS为负值(熵减小)的反应有的也能自发进行,如NH3+HCl==NH4Cl;C项、D项都是体系无序程度增大的过程,都属于熵增加的过程。
2.下列有关说法不正确的是( )A.一定温度下,反应MgCl2(l) ==Mg(l)+Cl2(g) ΔH>0 ΔS>0B.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈C.反应CaCO3(s) ==CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0D.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应
答案C解析分解反应一般为吸热、熵增的反应,A选项正确;铜和铁能形成原电池,Fe作为负极,B选项正确;CaCO3的分解反应气体分子数增大,为熵增的反应ΔS>0,由反应室温下不能自发进行可知ΔH-TΔS>0,所以ΔH>0,C选项错误,原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应,D选项正确。
3.(2022浙江金华第一中学高一期末)下列过程属于非自发的是( )A.电解水制氢气B.蔗糖在水中溶解C.冬天水结成冰D.碳酸钙高温分解
答案 A 解析 电解水制取氢气时需要外加电源,该过程需要外力,所以属于非自发过程,A符合题意;蔗糖在水中溶解不需要外力作用就可以发生,因此属于自发过程,B不符合题意;冬天水结成冰不需要外力作用就可以发生,因此属于自发过程,C不符合题意;在高温条件下碳酸钙发生分解反应,不再需要外力就可以发生,因此该高温条件下的分解过程为自发过程,D不符合题意。
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关,能从焓变和熵变的角度认识反应的方向,从而形成证据推理与模型认知的学科核心素养。
为什么Na2CO3和Ca(OH)2在溶液中能发生离子反应?提示Na2CO3电离出的C 与Ca(OH)2电离出的Ca2+结合生成CaCO3沉淀,使溶液中的离子浓度减小。
一、反应焓变与反应方向1.自发过程(1)定义:在温度和压强一定的条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程。(2)特点:具有方向性,即过程的某个方向在一定条件下是自发的,而其逆方向在该条件下肯定不自发。
2.反应焓变与反应方向的关系(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。(2)有不少吸热反应也能自发进行。结论:反应能否自发进行与反应焓变有关,但反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
用焓变(能量变化)判断反应进行的方向称为焓判据(能量判据)
二、反应熵变与反应方向1.熵(1)定义:描述体系无序程度的物理量,其符号为S,单位为J·ml-1·K-1。(2)特点:体系无序程度越大,体系的熵值就越大。(3)熵值比较:①同一物质:S(g)>S(l)>S(s)。②相同条件下的不同物质具有不同的熵值,分子结构越复杂,熵值越大。③S(混合物)>S(纯净物)。
2.熵变(1)定义:反应产物的总熵与反应物的总熵之差。(2)计算式:ΔS=∑S(反应产物)-∑S(反应物)。(3)正负判断依据。①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程,熵变为正值,是熵增加的过程。②产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值,是熵增加的反应。③气体的物质的量减小的反应,熵变通常都是负值,是熵减小的反应。
3.熵变与反应方向(1)熵增加有利于反应的自发进行。(2)有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。(3)反应能否自发进行与反应熵变有关,但不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。【微思考】气体的扩散是熵增反应吗?提示气体的扩散是熵增过程,不是熵增反应。
用熵变判断反应进行的方向称为熵判据
三、用焓变与熵变综合判断反应方向1.反应方向的判据
2.一般规律(1)放热的熵增加反应一定能正向自发进行。(2)吸热的熵减小反应一定不能正向自发进行。(3)当焓变和熵变相差较大时,可能某一个因素占主导地位。
3.几个反应的焓变、熵变以及自发进行的可能性(假定反应的焓变、熵变不随温度变化而变化)
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)放热反应一定能自发进行,吸热反应一定不能自发进行。( )(2)熵增反应一定能自发进行,熵减反应一定不能自发进行。( )(3)能够自发进行的反应一定容易发生,也一定能反应完全。( )(4)对于ΔS>0的反应,若在任何温度下均能自发进行,则该反应ΔH>0。( )(5)TATP(C9H18O6)受撞击分解爆炸,且无明显热效应,说明该分解反应的熵显著增加。( )
(6)反应NH3(g)+HCl(g) ==NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0。( )
自然界中的水总是从高处流向低处;室温下,冰块会自动融化,这些都是自发的过程。那么,用什么来判断一个化学反应能否自发进行呢?提示利用化学反应的焓变和熵变综合判断反应能否自发进行。
判断化学反应进行方向的两种方法(1)利用化学反应原理判断的几种方法。①相对强酸(碱)可制备相对弱酸(碱)。②强氧化性与强还原性的物质反应可生成弱氧化性与弱还原性的物质。③稳定性弱的物质可生成稳定性强的物质。④满足复分解反应条件的溶液中的反应。
(2)用焓变和熵变综合判断反应的方向。判断一定温度、压强条件下反应的方向时,应同时考虑焓变与熵变两个因素,用ΔH-TΔS作为判据。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。若ΔH-TΔS=0,表明反应已达到平衡状态,若ΔH-TΔS>0,表明反应正向不能自发进行。【微点拨】对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的物质的量的多少。
【典例1】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是 (填序号)。
①2NaCl 2Na+Cl2↑ ②2KClO3(s) ==2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJ·ml-1③CaCO3(s) ==CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2 kJ·ml-1④4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ==4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJ·ml-1
解析①反应需要通电才能进行,故该反应不是任意温度下都能自发进行;②ΔH<0,ΔS>0,任意温度下都有ΔH-TΔS<0,故该反应任意温度下都能自发进行;③ΔH>0,ΔS>0,在高温下(T> ),ΔH-TΔS<0时反应能自发进行;④ΔH<0,ΔS<0,在低温下(T< ),ΔH-TΔS<0时反应能自发进行。
变式训练1下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )A.2CO(g) ==2C(s,石墨)+O2(g) ΔH=+221 kJ·ml-1B.2Ag(s)+Cl2(g) ==2AgCl(s) ΔH=-254 kJ·ml-1C.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) ==H2O(l)+CO2(g)+CH3COONH4(aq) ΔH=+37.3 kJ·ml-1D.2H2O2(aq) ==2H2O(l)+O2(g) ΔH=-189.3 kJ·ml-1
答案D解析反应的ΔH>0,ΔS<0,ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行,故A错误;反应的ΔH<0,ΔS<0,高温下不能自发进行,故B错误;反应的ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,故C错误;反应的ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行,故D正确。
合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1,ΔS=-198.2 J·ml-1·K-1。请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行?
提示能。ΔH-TΔS=-92.2 kJ·ml-1-298 K×(-198.2)×10-3 kJ·ml-1·K-1=-33.136 4 kJ·ml-1<0,反应在298 K时可以自发向正反应方向进行。
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
【微点拨】(1)当焓变和熵变的作用相反且二者相差较大时,其中的某一因素占主导地位。(2)当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大时,温度对反应方向起决定作用。例如,有些反应常温下不能自发进行,在高温下能自发进行;有些反应高温下不能自发进行,在低温下能自发进行。
【典例2】已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应:①CH4(g) ==C(s)+2H2(g),②2CH4(g) ==C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·ml-1,ΔS(298 K)=+80.674 J· ml-1·K-1反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·ml-1,ΔS(298 K)=+220.211 J· ml-1·K-1已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答如下问题:
(1)判断反应②高温自发还是低温自发: (填“高温”或“低温”)。 (2)通过计算判断反应①在常温下能否自发进行: 。 (3)求算制取炭黑的允许温度范围: 。 (4)为了提高甲烷的炭化程度,你认为下面四个温度中最合适的是 (填字母)。 A.905.2 K B.927 KC.1 273 K D.2 000 K
答案(1)高温 (2)不能自发进行 (3)927.8 K
(3)甲烷裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·ml-1-80.674×10-3 kJ·ml-1·K-1×T<0,得T>927.8 K。甲烷裂解为乙炔和氢气时,ΔH-TΔS=376.426 kJ·ml-1-220.211×10-3 kJ· ml-1·K-1×T<0,解得T>1 709.4 K。所以要制取炭黑,温度须控制为927.8 K
解析 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。因此,在0 ℃、100 kPa条件下,白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡→灰锡的ΔH-TΔS的问题,根据题意ΔH-TΔS=-2 180.9 J· ml-1-273 K×(-6.61 J·ml-1·K-1)=-376.37 J·ml-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
1.以下说法正确的是( )A.ΔH<0的反应均是自发反应B.ΔS为负值的反应均不能自发进行C.冰在室温下自动融化成水,是熵增加的过程D.高锰酸钾受热分解是一个熵减小的过程答案C解析A项,ΔH<0(放热)的反应有的是非自发反应;B项,ΔS为负值(熵减小)的反应有的也能自发进行,如NH3+HCl==NH4Cl;C项、D项都是体系无序程度增大的过程,都属于熵增加的过程。
2.下列有关说法不正确的是( )A.一定温度下,反应MgCl2(l) ==Mg(l)+Cl2(g) ΔH>0 ΔS>0B.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈C.反应CaCO3(s) ==CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0D.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应
答案C解析分解反应一般为吸热、熵增的反应,A选项正确;铜和铁能形成原电池,Fe作为负极,B选项正确;CaCO3的分解反应气体分子数增大,为熵增的反应ΔS>0,由反应室温下不能自发进行可知ΔH-TΔS>0,所以ΔH>0,C选项错误,原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应,D选项正确。
3.(2022浙江金华第一中学高一期末)下列过程属于非自发的是( )A.电解水制氢气B.蔗糖在水中溶解C.冬天水结成冰D.碳酸钙高温分解
答案 A 解析 电解水制取氢气时需要外加电源,该过程需要外力,所以属于非自发过程,A符合题意;蔗糖在水中溶解不需要外力作用就可以发生,因此属于自发过程,B不符合题意;冬天水结成冰不需要外力作用就可以发生,因此属于自发过程,C不符合题意;在高温条件下碳酸钙发生分解反应,不再需要外力就可以发生,因此该高温条件下的分解过程为自发过程,D不符合题意。
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